2級管工事（第一次）

2級管工事の流体力学｜動圧・ベルヌーイ・ポンプ【2026年】

2級管工事の流体力学｜動圧・ベルヌーイ・ポンプ【2026年】では、令和8年度前期の公式問題を起点に、公式を丸暗記せず「何のエネルギーが、どこで増減したか」で判断する方法を解説します。

最初に押さえる結論

  • 令和8年度前期は、No.1〜6が必須です。流体分野ではNo.2で動圧 q＝ρv²/2が出題されました。
  • No.24〜28も必須で、No.25は渦巻ポンプの並列運転・絞り・回転速度を問う問題でした。
  • 「流速が上がれば圧力が必ず下がる」ではありません。ベルヌーイの式は、同じ流れのエネルギーを条件付きで比べる式です。
  • 実配管は、ポンプが加える揚程と、直管・継手・弁で失う水頭を含めて考えます。

流体力学は数式が多く見えますが、試験で最初に確認するのは「密度・流速・圧力・高さ・損失のどれが変わったか」です。細いホース、揚水ポンプ、ダンパーによる風量調整も、連続の式とエネルギーの収支でつながります。

更新・確認日：2026年8月2日。全国建設研修センターの令和8年度前期問題・正答肢、国土交通省およびJICAの技術資料を照合しています。公式問題は転載せず、論点と判断手順を独自に整理しました。

令和8年度の出題位置を確認する

旧記事の「原論No.1〜3が毎年すべて必須」「流体力学は毎年1問」という固定的な説明は、現在の問題構成を正確に表していません。令和8年度前期は次の位置で確認できます。

区分 解答数 流体・ポンプの論点
No.1〜6 6問すべて No.2 動圧
No.24〜28 5問すべて No.25 渦巻ポンプ
No.29〜38 10問から8問 No.37 ポンプ試運転、No.38 風量測定

No.29〜38は選択区分です。9問以上に解答すると減点されるため、流体問題だけを見て全部解答しないでください。全体の選び方は2級管工事の選択問題戦略で整理しています。

動圧は「密度×流速の2乗」で比べる

動圧

q ＝ ρv² / 2

q：動圧［Pa］、ρ：密度［kg/m³］、v：流速［m/s］。単位をそろえて代入します。

令和8年度No.2は、水平な直管内を流れる流体について、密度と流速の組合せから動圧が最大になるものを選ぶ必須問題でした。候補を式に入れると、ρ＝1.1、v＝1.4の組合せは1.078Pa、ρ＝1.4、v＝1.1の組合せは0.847Paです。密度の大小だけでなく、流速が2乗になる点で順位が決まります。

選択肢の比較だけなら1/2は全候補に共通するため、ρv²だけを計算しても順位は同じです。ただし、最終的な動圧を求める問題では1/2を戻します。

流量・流速・断面積は連続の式で結ぶ

定常な非圧縮流れを1本の流路で考える基本式は、Q＝Avです。体積流量Qが同じなら、断面積Aが小さくなる場所では平均流速vが大きくなります。

直径が半分なら流速は2倍ではない

円管の面積は直径の2乗に比例します。同じ流量で直径が1/2になると面積は1/4、平均流速は4倍です。直径比をそのまま流速比にしないようにします。

空気のような圧縮性流体でも、低速で密度変化を無視できる設問ではQ＝Avを使うことがあります。密度が変化するときの厳密な保存量は質量流量であるため、問題文の前提を確認します。

ベルヌーイの定理は3つの水頭の保存

国土交通省の河川技術資料では、損失のない流れについて、圧力水頭・速度水頭・位置水頭の合計を全水頭として説明しています。

ベルヌーイの基本形

p/(ρg) ＋ v²/(2g) ＋ z ＝ 一定

圧力水頭＋速度水頭＋位置水頭。定常・非圧縮・粘性損失なしなどの仮定のもと、同じ流れに沿って比較します。

同じ高さ、同じ流線、損失なしなら、流速が増えた分だけ静圧が下がる関係を導けます。しかし、ポンプが途中にある、管摩擦がある、高さが違う、入口条件が違う場合まで「速い＝低圧」と断定できません。細く絞ったホースの出口速度が上がる現象も、上流圧力・流量・損失を含む系全体で決まります。

実配管ではポンプ揚程と損失水頭を足す

実際の配管では、ベルヌーイの式にポンプが加える揚程Hpと損失水頭hLを加えて、入口と出口のエネルギーをつり合わせます。

入口の全水頭 ＋ Hp ＝ 出口の全水頭 ＋ hL

必要全揚程を「高低差＋損失」だけで固定するのも不十分です。JICAの送水計画例では、実揚程、管路の損失水頭、末端で必要な水頭を合計しています。入口・出口の圧力や速度が指定される問題では、その差も収支に含めます。

直管損失と局部損失を分ける

損失 基本式 大きくなる要因
直管摩擦 hf＝λ(L/D)v²/(2g) 長い管、小さい径、大きい流速
局部損失 hm＝ζv²/(2g) 継手、弁、急拡大・急縮小

λは管摩擦係数、ζは局部抵抗係数です。どちらも速度水頭v²/(2g)を含むため、流速増加の影響が大きくなります。ただし、「45度エルボ2個なら90度エルボ1個より必ず小さい」「ゲート弁なら必ず正解」のような形状名だけの判断はできません。製品形状、開度、接続、流量条件に対応する係数で比較します。

圧力Paと揚程mを混同しない

圧力pを水頭に直す式はH＝p/(ρg)です。同じ圧力でも流体密度が異なれば水頭は変わります。反対に、同じ水頭Hが生む圧力はp＝ρgHです。

量 単位 意味
圧力 Pa、kPa 単位面積当たりの力
揚程・水頭 m 単位重量当たりのエネルギー

水についての概算では10m水頭がおよそ98kPaですが、試験で重力加速度や密度が与えられたら、その値を使って計算します。

渦巻ポンプは運転点で流量と揚程が決まる

ポンプ単体の性能曲線と、配管側が必要とする系統抵抗曲線の交点が運転点です。吐出し弁を絞ると配管抵抗が増え、一般に運転点は小流量側へ移ります。弁が圧力を新しく作るのではなく、損失を増やして流量を変えると考えます。

同一特性のポンプを並列運転しても、揚程が単純に2倍になるわけではありません。並列は同じ系統へ送れる流量を増やす側の構成で、実際の増加量はポンプ曲線と系統抵抗で決まります。令和8年度No.25では、この「並列なら揚程が2倍」という趣旨の記述が不適当でした。

回転速度の比例則は条件と一緒に使う

同じポンプで相似な運転状態を比べる近似則として、次の関係を使います。

  • 流量Qは回転速度Nに比例する。
  • 揚程Hは回転速度Nの2乗に比例する。
  • 軸動力Pは回転速度Nの3乗に比例する。

たとえば回転速度を80％にすると、近似上は流量80％、揚程64％、軸動力51.2％です。ただし、効率、制御範囲、必要静水頭、最低流量などを無視して、どの設備にもそのまま適用する設計式ではありません。試験では「同じポンプ」「回転速度だけを変える」などの条件を確認します。

キャビテーションは吸込側の圧力低下から考える

ポンプ吸込側の圧力が液体の飽和蒸気圧まで下がると気泡が生じ、圧力の高い場所でつぶれます。これがキャビテーションで、騒音・振動・性能低下・羽根車の損傷につながります。

対策は「吐出し側の弁を変える」だけでなく、吸込水位、吸込管の径・長さ・抵抗、液温、回転速度などから利用可能NPSHと必要NPSHの余裕を確認することです。JICAのポンプ計画資料でも、吸込水位・蒸気圧・吸込管摩擦損失を含めて運転可能水位を検討しています。

渦巻ポンプの始動は満水・回転方向・弁の順

令和8年度No.37は渦巻ポンプの試運転手順を扱いました。一般的な判断順は次のとおりです。

  1. ポンプと吸込管を満水にし、空気を抜く。
  2. 吐出し弁を閉じ、瞬時運転で回転方向を確認する。
  3. 連続運転を始め、吐出し弁を徐々に開いて規定流量へ合わせる。
  4. 圧力・電流・漏れ・振動・異音を確認し、キャビテーションやサージングの有無を見る。

この手順は令和8年度の渦巻ポンプの設問条件に対応します。すべてのポンプ形式で吐出し弁を閉じて始動するとは限らず、軸流ポンプなどは特性が異なります。機器の取扱説明書・仕様書・試運転要領を優先します。

理解度チェック｜オリジナル5問

以下は公式問題を転載せず、本記事用に作成したオリジナル問題です。

Q1. 密度が同じ流体で流速が2倍になると、動圧は何倍になりますか。

Q2. 同じ体積流量が流れる円管で、内径を1/2にすると平均流速は何倍ですか。

Q3. 管内流速が上がれば、条件に関係なく静圧は必ず下がりますか。

Q4. 同一特性の渦巻ポンプを2台並列にすれば、揚程は必ず2倍になりますか。

Q5. 同じポンプで回転速度を90％にしたとき、比例則による揚程は何％ですか。

公式資料と次に読む記事

まとめ｜式より先にエネルギーの出入りを見る

  • 令和8年度は必須No.2で動圧、必須No.25で渦巻ポンプが問われました。
  • 動圧はρv²/2、連続の式はQ＝Av。直径と断面積を区別します。
  • ベルヌーイは圧力・速度・位置の水頭を条件付きで保存する関係です。
  • 実配管はポンプ揚程、末端必要圧力、直管・局部損失を含めて考えます。
  • 並列運転や比例則は、ポンプ曲線・系統抵抗・適用条件と一緒に判断します。

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